基于嵌入式設計相關課程的產學研模式研究

傅文淵

1.華僑大學信息科學與工程學院 福建廈門 361002

2.廈門市專用電路系統重點實驗室 福建廈門 361008

基于嵌入式設計相關課程的產學研模式研究

傅文淵1,2

1.華僑大學信息科學與工程學院 福建廈門 361002

2.廈門市專用電路系統重點實驗室 福建廈門 361008

針對嵌入式設計相關課程采用傳統教學模式存在的諸多問題，將產學研模式引入到課程教學，提出一種基于該課程的產學研模式教學方法。將課程的教學內容設置與產學研結合，突出課程的基本知識和基本技能，結合案例式教學和研討式教學的特點，提高學生在學習過程中主觀能動性和自主學習積極性。將課程教學方法與實訓教育結合，強調教學內容的工程背景，注重理論知識和實踐要求，提高學生的實踐動手能力和團隊合作意識。基于產學研模式的研究和實施，能夠推進教學模式改革并且為教學方法的研究和改進提供一種新思路。

教學模式；產學研；嵌入式；教學方法

嵌入式是一種以計算機系統技術為基礎，結合軟件和硬件設計方法實現整機設計的專用集成系統。嵌入式系統技術廣泛應用于國民經濟和國防各個領域，調查數據表明，基于嵌入式系統設計的行業每年增長18%，約為整個信息技術產業平均增長速度的兩倍。嵌入式系統產業已經成為21世紀信息產業的重要增長點[1]。嵌入式設計相關課程包含嵌入式原理與應用、嵌入式系統設計、SOPC設計技術、現代計算機組成原理等。這些課程的特點是理論和實踐性較強，與當今時代信息技術的發展緊密相連。產學研模式是指將生產、教學、科研三者聯系在一起，利用這三者的特點實現兩兩相輔相成的協同合作，是高等教育的一種教學模式。

產學研模式最早起源于美國，后經歐洲傳入亞洲。在此期間涌現了許多經典的產學研合作范例。例如，美國斯坦福大學依靠強大的科研能力和校方對產學研的支持力度創造了“硅谷”，時至今日，其仍然是全世界IT工程師所向往的黃金圣地。英國劍橋大學在20世紀70年代成立了科技工業園區，并于20世紀80年代迅速發展。如今，劍橋大學已成為歐洲最大的產學研基地和高科技工業園區。我國高等教育學會產學研合作教育分會會長朱傳禮認為：產學研合作教育的基本原則是產學研合作，雙向參與，實施的途徑和方法是工學結合，定崗時間，要達到的目標是提高學生全面素質，適應市場經濟發展對人才的需要，產學研合作教育是產學研集合的一種最重要的模式，也是最為成熟完整的高級發展模式[2]。 基于產學研模式的教學需要把科研和企業結合在一起，利用這兩者優勢資源服務于學生，并且使這三者相輔相成，有機結合，共同進步。因此，產學研教育模式不僅是高等學校的一種教學形式，同時也是一種人才培養模式，具有豐富的內涵。

1 課程體系現狀

目前大部分高校針對嵌入式設計相關課程存在以下特點。

1.1 重視理論知識的講授 忽視實踐動手能力的培養

現有的教學體系架構下，教師針對理論知識講授過多，而忽視了將該知識轉化為實際問題的解決方法及思路的講述，導致學生無法將所學理論知識靈活運用于實際問題的解決。誠然，理論知識是解決問題的基礎和源泉，離開理論知識而空談實踐是沒有任何實際意義的。因此為了提高學生的培養質量和教學實踐的水平，需要將嵌入式系統原理與應用課程的專業特點與社會實踐緊密聯系在一起，突出學研結合的優勢，促進學生最大程度的理解并掌握所學知識。

1.2 知識體系架構不明晰 未能突出課程的特色

目前，絕大部分高等院校開設的嵌入式相關課程并未考慮具體的培養方向。對于前期相關基礎配套課程未能形成一個體系，導致學生學習課程的目標不明確，學習積極性受到影響。

1.3 師資力量較為薄弱

由于嵌入式系統原理與應用課程具有非常明顯的實踐特點，因此任課教師不僅需要扎實的理論基礎，而且還需要豐富的實踐動手能力以及實際工程項目經歷。雖然嵌入式系統概念提出已有30年，但是直至最近幾年才得到快速發展。基于嵌入式的設計方法和設計思想層出不窮，并且知識的更新換代周期縮短。所有這些特點使得教師在講授課程時不僅需要豐富的知識儲備，同時需要敏銳的行業目光，能捕捉行業最新的發展動態。目前，由于高校的師資力量主要來源于高等院校內部，因此同時具備這兩者要求的教師極其匱乏。

2 課程的產學研模式

基于以上分析，將產學研模式引入到嵌入式設計相關課程的教學過程中。結合實際教學內容，注重理論知識和實踐要求，將產學研中的“產”和“研”嵌入到課程教學過程中。利用啟發式和引導式教學方法讓學生在學習過程中發揮主觀能動性，自主學習，從而提高教學效率和教學效果。

2.1 課程教學內容設置與產學研結合

將嵌入式設計相關課程的內容整合，突出課程的基本知識、基本技能，結合案例式教學和研討式教學的特點，對重點內容進行闡述和講授。具體來說，把嵌入式系統原理與應用劃分為三大塊內容：硬件部分、軟件部分以及操作系統部分。這三者缺一不可，互相聯系。硬件部分以專業課程數字系統組成原理為基礎，應用硬件描述語言構建可編程片上系統。此部分側重于學生對中央處理器理解程度，為操作系統設計打下基礎。軟件部分側重于應用軟件的講授，主要內容集中于嵌入式系統的接口以及UI界面的學習。這部分的內容主要以C語言為基礎，在講授過程中以應用軟件編程思維為重點進行闡述，提高學生的編寫程序的能力。第三部分為操作系統，講授的重點放在對系統的理解上，并且需要掌握實時操作系統(包括高精度計時系統、多級中斷系統和實時調度系統)具體的組成部分以及每部分的工作原理。學生能夠在學習硬件工作原理的基礎上，深刻理解操作系統的作用、其各模塊分工以及如何與硬件配合完成操作系統的各項管理功能，并如何為應用提供支撐。從而在具備了一定硬件和軟件開發基礎后，能夠在開發板或自制的系統板上搭建起成本、性能滿足要求的嵌入式系統，并且在這個嵌入式系統上完成設備應用的軟件開發。

課程采用在普通個人計算機上直接開發的方式，并且關鍵模塊采用底層設計語言和硬件描述語言編寫，可以保證該控制系統的實時性。采用實時操作系統的開發方式可以保證系統的開發效率和可靠性。實時操作系統提供的多中斷和多任務調度功能，可以有效地管理操作系統多周期任務的優先級中斷和調度。操作系統提供的時間、信號和任務的通信機制，可以有效地解決系統中資源共享中的互斥問題。

課程實踐以課程設計的方式結合實際內容設計。教師命題的題目以產學研模式，將企業或者研究院實際工程項目進行修改得到。課題要求學生以團隊形式完成，鼓勵學生自我創新，在題目的基礎上進行拓展，完成更復雜和完善的系統設計。

2.2 課程教學方法與實訓教育結合

在教學過程中結合多種教學方法，教學手段，以學生為中心，多采用講解和項目教學相結合的教學方法對學生進行講授。提供豐富的學習資源和學習平臺，增加學生的實踐機會、自學機會和創新機會，極大地調動學生的學習的主動性和積極性[3]。針對嵌入式系統原理與應用課程的理論和實踐特點較強的特點，將實訓教育方法引入到本課程的教學過程中。

實訓教育的指導思想是根據專業課程的教學要求，保持專業實踐教學的穩定性，以及相應基礎設施的先進性，教育效益、經濟效益和社會效益的示范性，管理模式和運作方式的規范性，與理論教學和技術發展同步的緊密性。實訓教育的核心是素質教育，由于該課程具有實踐性較強的特點，因此在教學過程中融合實訓教育思想，對于提高學生的素質教育和能力教育具有重要作用。

實訓教育的基礎是產學研模式，而產學研教學反過來又促進了實訓教育的發展。實訓教育的最終目標是將學生培養成為社會和企業認可的人才，因此需要分析該課程專業教學計劃、調查學生學習情況及企業對嵌入式人才的要求，本著為提高學生綜合競爭力提供實訓的目標，制定針對嵌入式系統原理與應用課程的綜合實訓安排。社會和企業對人才特別是學生主要有三方面要求：知識、技能和項目經驗、崗位勝任能力。學生經過學院的公共課、專業基礎課、專業課的學習，已經具備了先進的技術知識，但是由于缺乏將知識轉化為能力的外部因素，導致技能和項目經驗比較欠缺，要將學生學習的知識轉化為技能，必須為其提供真實的、大量的、反復的項目實戰。同時，學生向職業人的轉變，除了必須具備相應的知識和技能以外，在心態上也需要一個轉變和準備的過程，心態的轉變問題也是綜合實訓教育必須解決的問題。因此在該課程的教學過程中結合實訓教育的方法有助于提高學生的實踐動手能力，同時能改善學生的心態，為學生畢業后走向社會提供了強有力的競爭力。

3 結束語

針對目前高等院校嵌入式設計課程存在重視理論知識的講授，忽視實踐動手能力的培養、知識體系架構不明晰，未能突出課程的特色和師資力量較為薄弱的特點，將產學研模式引入到嵌入式系統原理與應用課程的教學講授中。結合實際教學內容，注重理論知識和實踐要求，將實訓教育方法引入到課程的教學過程中，提高了學生的實踐動手能力，拓展了專業知識寬度，磨練了意志和責任心，培養了團隊合作意識，為學生畢業后走向社會提供堅實的知識儲備和健康的心理狀態。基于產學研模式的研究和實施，能夠推進教學模式改革并且為教學方法的研究和改進提供一種新思路。

[1]熊光澤,詹瑾瑜.嵌入式系統軟/硬件協罔設計技術綜述[J].計算機應用,2006,26(4):757-764.

[2]任煥霞.產學研結合,高職院校發展的必由之路:訪中國高教學會產學研合作教育分會會長朱傳禮[J].中國高校科技與產業化,2006(10):18-20.

[3]谷偉,陳蓮君,徐方勤.產學模式在《數據庫原理》課程教學改革中的應用[J].軟件,2012,33(7):152-155.

Research on Practical Teaching Mode Based the Relevant Course of Embedded System Design

Fu Wenyuan1,2

1.College of Information Science and Engineering, Huaqiao Univesity, Xiamen, 361002, China
2.Xiamen Key Laboratory of Application-Specific Integrated Circuit System, Xiamen, 361008, China

Aiming at existing problems in traditional teaching, a practical teaching method used to "Embedded system: principle and application" is proposed. First, course of teaching content which links to practical teaching mode is to emphasize the course of fundamental knowledge and basic skill. Combined with the feature of case teaching and discussion teaching, active learning and attitude is improved during the students of learning process. Second, combined with the teaching measure and practical training, practical skill and cooperation awareness of student is presented to stress the background of teaching content and pay close attention to theory knowledge with practical teaching. Based on the research of practical teaching mode, it could promote teaching mode reform and provide a new thought for the research of teaching method.

teaching mode; practical teaching; embedded; teaching method

2016-02-23

傅文淵，在讀博士研究生，講師。

福建省中青年教師教育科研項目(編號：JA 15037)。